1、引言
某玻璃集團玻璃制品生產線主要由煤氣站﹑熔窯﹑退火窯三個子系統組成。煤氣
站子系統中，以煤為原料，以蒸汽為氣化劑，在煤氣發生爐中進行化學反應，產
生煤氣。熔窯子系統利用煤氣站產生的煤氣，與空氣混合后，在熔窯內進行充分
燃燒，將玻璃原料加熱融化，產生的玻璃原液經供料道送至玻璃制品機，進行玻
璃制品半成品的生產。退火窯子系統則實現半成品的高溫燒成去應力和冷卻。由
于歷史原因，整條生產線的自動控制水平比較低，基本上由現場工人根據儀表顯
示進行手動操作，以實現加氣﹑送風﹑溫度調節和窯壓調節等功能。手動控制不
僅效果差﹑原材料能源浪費大，而且經常由于三個子系統之間不能協調工作而出
現停窯等生產事故，因此實現生產線的自動控制顯得尤為重要。
整條生產線檢測控制點多﹑現場環境惡劣﹑物理距離遠，并且要求控制系統可靠
性高﹑安全性好﹑維修簡單﹑價格低廉。經過仔細考察比較，系統最終選用了
S-7000系列遠程數據采集模塊，在此基礎上設計實現了生產線的監測控制系統。
2、系統的硬件結構
根據生產線的實際情況，結合當前工業控制技術的發展方向，控制系統采用了工
業控制計算機與分布式I/O模塊相結合的方式。上位機采用了HT-PPC系列平板
電腦。考慮S-7000模塊種類多﹑可靠性高﹑抗干擾能力強﹑價格低廉等，系統
采用了S-7000模塊作為分布式I/O模塊。為確保生產線的安全可靠，系統采用
了上位機雙機冗余的方式，主機和從機可自動無擾切換。在系統檢修或故障時，
可通過轉換開關，將系統切換為原手動控制，保證了生產過程的可靠性。
系統硬件物理上可分為兩部分：一部分放置在煤氣站控制室，負責煤氣站子系統
的信號采集與輸出，其余部分（包括上位機）放置在熔窯控制室（作為中央控制
室），負責熔窯和退火窯子系統的信號采集和輸出。所有信號經RS485網絡匯總
到上位機，以實現整條生產線的監測與控制，具體描述如下。
2．1煤氣站子系統
煤氣站子系統有8路0-20mA壓力輸入信號﹑4路溫度輸入信號﹑4路開關量報警
輸出信號﹑3路0-20mA電流輸出信號，采用S-7017﹑7018﹑7042﹑7024模塊各
一塊。
S-7017為8通道模擬量輸入模塊，最大輸入量程為±10V。在7017的每一個通
道并聯一個1250Ω的精密電阻，可將8路0-5V電壓信號轉化為0-20mA電流信
號，作為現場壓力信號，送入控制系統。
S-7018為8路熱電偶輸入模塊，可直接采集熱電偶信號。煤氣站的4路溫度信
號均為K型，共享一塊7018。
S-7042為13路隔離型集電極開路輸出模塊，配合RM104功率繼電器板可實現繼
電器輸出功能。系統設有一次風壓﹑煤氣溫度等超限報警。報警時，7042控制
RM104驅動現場的24V報警指示燈亮，同時報警電鈴儁。
S-7024為4通道模擬量輸出模塊，可輸出標準的電壓和電流信號。煤氣站的一
次風機采用變頻器控制，2路蒸汽采用電動調節閥控制，3路控制信號均為4-20ma
標準電流信號，共享一塊7024。
2．2熔窯子系統
熔窯子系統有16路溫度輸入信號﹑6路數字輸入信號﹑3路4-20ma壓力輸入信
號﹑4路繼電器輸出信號﹑2路4-20ma電流輸出信號﹑1路0-1V液位輸入信號。
共享4塊S-7018﹑1塊7024﹑1塊7042﹑1塊7052和1塊7017。
16路溫度信號有6路K型熱電偶，4路S型熱電偶，4路J型熱電偶和兩路S型
熱電偶，分別用4塊7018實現溫度信號的采集。
4路壓力信號為4-20ma標準電流信號，經125Ω精密電阻轉換為0-5V電壓信號，
由7017實現壓力信號的采集。7017模塊同時完成液位信號的采集。
4路繼電器輸出信號為空氣和煤氣換向輸出信號，由S-7042驅動RM104完成。
S-7050為7路數字輸入模塊?，F場的6路換向到位信號經繼電器隔離后，轉換
為干接點信號，由7050實現換向到位信號采集。
二次風機采用變頻器控制，控制信號為0-20mA電流信號，煙囪吸力調節控制信
號也是0-20mA電流信號，2路信號輸出由一塊7024來實現。
2．3退火窯子系統
退火窯為單獨的子系統，根據廠家要求，暫不做控制。
3、系統的軟件原理
系統上位機采用WindowsNT4.0作為操作系統，SntellutSon公司的FSX軟件
作為工業測控軟件平臺，VSsualC5.0和VSsualBasSc5.0作為編程語言。在
控制算法上，采用了軟嵌入式自學習多變量模糊控制器（MF控制器）。
3．1系統控制原理
主煤氣站到熔窯，系統最終的控制目標是：熔窯溫度TR保持在1500±5℃，窯
壓PR保持在15±1Pa。，熔窯溫度TR通過調節煤氣站的煤氣出口壓力PM來實
現，同時TR受PR的影響。PM是通過調節煤氣發生的風量來實現控制的，而風
量的變化，必然會引起煤氣站混合氣溫度的變化。為保證煤氣發生中的化學反應
充分，混合氣溫度必須穩定在60±1℃，因此又必須對一次風和蒸汽進行控制。
窯壓PR除受上述因素影以外，還受煙囪吸力的影響?？梢?，系統是一個串級多
變量非線形大慣性系統。
為解此復雜的控制，系統核心采用了軟嵌入式自學習多變量模糊控制器。此控制
器是在國家自然科學基金的支持下，融合了模糊進化神經網絡﹑智能建模﹑模糊
穴映射等智能控制技術而形成的，并且在陶瓷行業中得到了大量應用。將其應用
于此控制系統，實踐證明也是成功的。
3．2系統軟件功能
根據玻璃制品生產線的實際情況，結合工廠的要求，系統主要設計并實現以下功
能：
關鍵的溫度和壓力控制：在煤氣站子系統中，通過控制一次風和蒸汽，實現了混
合氣溫度穩定(60±1℃)，煤氣出口壓力滿足了熔窯子系統燃燒的需要。在熔窯
子系統中，實現了熔窯溫度（1500±5℃）和窯壓（15±1Pa）的穩定控制。
生產線概貌顯示：概貌圖是現場工人操作的主要界面，實現了全部數據的實時監
測與報警，并可直接進行工藝參數的設定等。
實時數據曲線顯示：實時趨勢圖將有關的數據以曲線和數據形式進行實時動態顯
示，并支持實時打印功能。
歷史數據顯示：可根據實際需要，以曲線或數據形式，顯示過去幾個月的關鍵歷
史數據，時間可精確到秒級。
手動/自動切換：系統提供了手動/自動轉換軟開關，可在上位機上實現計算機全
自動控制或現場工人利用計算機實現半自動控制。
煤氣和空氣的換向：可根據時間和溫差實現全自動換向，也可在特殊情下實現半
自動或全手
